◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発
マツダ株式会社
代表取締役社長兼CEO 丸 本明株式会社 ワイテック
代表取締役社長

山 本

マツダ㈱ 技術本部
マツダ㈱ シャシー開発部
マツダ㈱ 技術本部
マツダ㈱ 技術本部㈱ワイテック 営業本部㈱ワイテック プレス生技部㈱ワイテック 技術開発部

はじめに周 二川 口 秀 明
髙 橋 浩 之桑 子俊
中 土 信 之江 村 弘 章國 安 崇 雅宇 都 宮 翔開発のねらいマツダは「走る歓び」に溢れたクルマを提供し、MAZDA 3 の開発に際し、ドライバーが思い通人の心を元気にすることにより、お客様との間にりにクルマを操作できる感覚を“感動”のレベル特別な絆を持ったブランドになることを目指しに高めるため、徹底的に人間の感覚とクルマの挙ている。マツダの最量販車種であり、2019 年 5 月

動の研究を重ねた。その結果「走る歓び」を体感に市場導入した新型 MAZDA 3 は、マツダの新世するには、ハンドル操作などに応じた路面からの代商品群の第 1 弾として、刷新したシャシー構造を入力を、まるで人間が歩行する時に自然に身体を含む、新たな車両構造技術、SKYACTIV-VEHICLE

伝わる力の如く、サスペンションが遅れなく、リARCHITECTURE（スカイアクティブ ビークル

ニアで滑らかに伝えることが重要であると分アーキテクチャー）を適用し「走る歓び」をさらにかった。このねらいとするクルマの挙動を実現す追求した。加えて静粛性や自然な着座姿勢、実用性るため、リヤサスペンション形式として、構造がに優れる荷室といった快適な車内空間も確保しつ

シンプルなため力の伝達を制御しやすく、軽量でつ、大幅な軽量化による環境性能の改善を目指し空間効率にも優れるトーションビームアクスルた。また、グローバルに生産拠点を有するマツダと（以下、TBA）形式をベースに、力の伝達経路にして、刷新したシャシー構造を全ての生産拠点で、ある部品群の剛性や形状の最適化をマツダとワ

低コストで生産するために、調達性、輸送性に優れイテックが一体となり取り組んだ。

る材料の選定や、一般的な汎用プレス機で生産を可能とする生産技術開発にも同時に取り組むことで、装置の概要クルマの商品価値を高めながら、環境性能向上、生産性向上など、総合的な課題解決に取り組んだ。

－ 21 －TBA は車両前後方向に配置され車体とタイヤ

新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発をつなぐ左右一対のトレーリングアーム部と、車となる。加えて MAZDA 3 から目指したクルマ

両左右方向に配置され左右のトレーリングアーの挙動を実現するには、伝達経路にある構造体ムをつなぐセンタービーム部からなる非常にシの剛性の連続性を高めることが必要であった。

ンプルな構造のリヤサスペンションであり、センこれらの機能からセンタービームの曲げ剛性をタービームの特性が車両運動性能に大きく寄与中央から両端のアームとの結合部に向けて連続する。しかし、従来のセンタービームは国内高炉的に剛性を高めていくことが有効である。そこ

メーカーから調達した規格品の電縫鋼管であり、で、部品の追加に頼らず、質量増加を最小限とす

その生産方法から均一周長の素管に限られているために、センタービームの周長を新たな設計た。そのため、センタービームのねらいの特性をパラメータとして理想とするセンタービーム形得ることに限界があった。そこで開発した新構造状を導出した。この形状を軽量化に優れる中空の TBA 式サスペンション（図１）では、我々の目断面構造で得るために必要な素管形状として、指した人間感覚と一致したクルマの挙動を実現

中央部分に 50mm の直線部を有しながら両端部するために、センタービームの周長を部位ごとにへ向けて直径を連続的に拡大しつつ、左右のト連続的に可変させることで、乗り心地と、操縦安レーリングアーム接合部に再び直線となる周長定性を最適化することができた。また、新開発しの変化を持たせることとした(図２)。

た周長可変のセンタービームを汎用プレス機で生産可能とする生産技術も同時に開発して世界の各生産拠点で効率的な生産を可能とした。

図２ 新開発の周長可変パイプ

この素管を用いて得られたセンタービームの車両中央部から両端部までの断面形状を 図３に、比較として従来の断面形状を図４にそれぞれ示す。図３では車両中央部から両端部に向けて周長を拡大することができており、各部位での必要な曲げ剛性が得られる断面を確保できている。一方で、図４では各断面は均一な周長であ
図１ 新構造TBA式サスペンション

り、中間～端部断面は図３に比して小さい様子が確認できる。

技術上の特徴新開発のセンタービームは従来のセンター

1) 新開発センタービームの構造と性能
センタービームの主な機能は、①旋回時など前後左右の大きな力を受け止める機能、②クルマのロール姿勢を制御するねじりばねの機能の2 つである。①の機能からは「高い曲げ剛性」の実現が、②の機能からは「適切なねじり剛性」にすることが必要となり、2 つの相反する特性をセンタービーム 1 部品で両立させることが必要－ 22 －

図３ 新開発のセンタービーム断面◆第５５回機械振興賞受賞者業績概要

図６ 一般的なＵ-Ｏ成形
図４ 従来のセンタービーム断面

ニークな U － O 成形部品であることから、次のビームに比して、ねらい通りに中央部から両端部

2 つの課題があった。①製品の展開形状とブラに向けて連続的に最大 150%まで断面二次モーメンク形状の余肉（A 部）によって生じる「シワ」ントを増加できており（図５）、路面からの入力（図７）を抑制すること。

に対して滑らかなクルマの挙動が得られるよう②結合面をＩ字形状の合わせ面で隙をになった。この結果から、センタービーム曲げ剛性の連続性と絶対値を効率よく改善できた。

図７ 周長可変パイプの展開形状と余肉0.1mm 以下の精度で加工すること。これは高強

図５ 新旧センタービームの特性比較

度部材が持っている強度を TBA として最大限
2) 周長可変パイプを実現する生産技術活用できるように溶接時の熱による強度の低下

従来のセンタービームは、ロール成形で作られの抑制をねらい、母材溶解・凝固が可能なレーた均一周長の電縫鋼管を国内で調達し、世界の各ザー溶接を採用するためである。①は局部的な生産拠点に輸送して TBA を生産していた。これ

加工硬化を利用することで「シワ」をコントローに対し、新しいセンタービームは輸送ロスを廃止ルする技術を開発。成形シミュレーションにてするため、鋼板を用いて世界の各生産拠点で生産「シワ」を抑制できる形状を導き出し予備曲げすることを目指した。また生産性向上のため、全工程を追加した(図８）。

拠点にある汎用プレスによる U － O 成形と、鋼板の性能を最大限活かせる接合技術を採用したセンタービームの生産技術開発に取り組んだ。一
般的な U － O 成形の工程（図６）では、初工程でコイル材から短冊状に切断、2 工程目で U 形状に成形、3 工程目で O 形状に成形したのち、4 工程目で接合面に溶接を施し素管となる。
新開発のセンタービームでは、周長可変のユ－ 23 －

図８ 予備曲げ形状

新構造トーションビームアクスルとその高効率生産技術の開発②は冷間鍛造技術を応用し、周方向の製品周長さらに「走る歓び」であるドライバーが思い通りとブランク周長に差を設けることで（図９）、部に操作できる感覚を“感動”のレベルに高めたこ

品全体に周方向の圧縮応力を付与することで高とから、マツダでは小型車のみに採用してきた精度なＩ字形状（図１０）とした。適切な圧縮率TBA の採用範囲拡大に成功した(図１２）。

によってパイプ成形後のレーザー接合品質確保のための接合部の 0.1mm 以下の隙を実現した。

図１２ 採用車種（上段MAZDA 3、下段左CX-30、下段右MX-30）
図９ 圧縮率の定義

知的財産権の状況
本開発品の装置に関する特許登録は下記の通りである。
① 日本国特許第 6327319 号

図１０ 接合部の断面

名称：金属管の製造方法及びその装置

これにより一般的な汎用プレスで全拠点にてTBA が生産できる生産技術を確立した( 図１

概要：周長可変の鋼管を製造するための方法② 米国特許第 10688843 号

１）。

名称：車両のトーションビーム構造
概要：周長可変のトーションビーム構造
その他 5 件を出願中（国内外）。

むすび
従来、機械に多用される『鋼管』は規格品の中
図１１ 周長可変パイプ生産工程から選択するのが一般的であった。しかし今回開発した周長可変の造管技術を適用すること実用上の効果で、周長を含めた鋼管の最適化設計を可能とし、商品の目的に応じた形状（強度・剛性・重量）の新開発のリヤサスペンションは人間の感覚と鋼管を、各拠点で高効率（物流・在庫含む）に生クルマの挙動に関する研究に基づき、シンプルな産ができるようになった。今回開発した TBA 以

構造の TBA で実現するための具体的なサスペン

外の自動車部品に適用範囲を広げることで、少ション新設計と生産技術開発をセットで実現しない部品点数で、必要な強度を確保しながら、軽た。これにより大幅なコスト／重量低減を実現

量・安価で地球環境にも優しいクルマの生産にし、実用的な荷室と快適な車内空間を確保した。

継続的に取り組んでいく。

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